2018年高考化学复习专题四化学实验第17讲化学工艺流程学案.pdf
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1、第 17 讲化学工艺流程 最新考纲考向分析 1. 建立分析解决材料、环境、健康、 能源等领域关于物质的制备和应用 等实际问题和思路方法。 2认识物质性质、设计物质转化的 核心角度,形成认识途径,并将其 应用于解决真实问题,进而形成解 决问题的思路和方法。 3认识物质的转化在自然资源利用 和环境保护中的重要价值。 1. 以化工流程为载体,常考查: (1) 实验操作目的分析。 (2) 实验操作规范判断。 2以物质制备和提纯为情境,考查: (1) 陌生物质化合价的判断及电子式的书写。 (2) 反应方程式或离子方程式的书写。 (3) 流程中试剂的选择,中间产物的种类及离子判断。 (4) 实验操作规范语
2、言的表述。 (5) 实验操作试剂的选取。 (6) 流程的中间环节物质种类及离子判断。 (7) 样品中质量分数及产物产率的计算。 考点一物质制备型 Z 真题感悟 hen ti gan wu ( 课前 ) 1(2017全国 27)Li 4Ti5O12和 LiFePO4都是锂离子电池的电极材料,可利用钛铁矿 ( 主要成分为FeTiO3,还含有少量MgO 、SiO2等杂质 )来制备。工艺流程如下: 回答下列问题: (1) “酸浸”实验中,铁的浸出率结果如下图所示。由图可知,当铁的浸出率为70% 时, 所采用的实验条件为_100、2190、 5h_。 ( 2)“酸浸”后,钛主要以TiOCl 2 4形式存
3、在,写出相应反应的离子方程式 FeTiO3 4H 4Cl=Fe2TiOCl2 42H2O 。 (3)TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40 min 所得实验结果如下表所示: 温度/ 30 35 40 45 50 TiO2xH2O转化率 /% 92 95 97 93 88 分析 40 时 TiO2xH2O转化率最高的原因_低于 40, TiO2xH2O转化反应速率随温 度升高而增加;超过40,双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降_。 (4)Li2Ti5O15中 Ti 的化合价为4,其中过氧键的数目为_4_。 (5) 若“滤液”中c(Mg 2) 0.02 mol L 1,加
4、入双氧水和磷酸 ( 设溶液体积增加1 倍) ,使Fe 3恰好沉淀完全即溶液中 c(Fe 3) 1.0 10 5 molL 1,此时是否有 Mg3(PO4)2 沉淀生成? Fe 3 恰好沉淀完全时,c(PO 3 4) 1.3 10 22 1.0 10 5molL 11.3 10 17 molL 1, c 3(Mg2 ) c 2(PO3 4) 值为0.01 3(1.3 1017)21.7 1040”或“ S, 得电子能力PS , 得电子能力PS, 非金属性PS ,根据非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强的规律可知,硫 酸的酸性强于磷酸的酸性。 (3) 已知反应物为Ca5(PO4)3F
5、和 H2SO4,生成物为CaSO 40.5H2O 、H3PO4和 HF,再根据原 子个数守恒可写出该反应的化学方程式:2Ca5(PO4)3F10H2SO45H2O= 10CaSO40.5H2O 6H3PO42HF。 (4) 由题意可知,H2O2在氧化有机碳时,自身也会发生分解,且分解速率随温度的升高 而加快,因此80 后脱除率降低。 (5) 硫酸钙是微溶物,存在溶解平衡,因此反应后的溶液中仍含有SO 2 4。由题给信息可 知,反应物为BaCO3、SO 2 4和 H3PO4,生成物为BaSO4、CO2、H2PO 4和水,由此可写出该反应的 离子方程式: BaCO3SO 2 42H3PO4=BaS
6、O4CO2 H2O 2H2PO 4。 (6) 由题意知,消耗氢氧化钠的物质的量为 bc 1 000 mol ,当生成Na2HPO 4时,参加反应磷 酸的物质的量为 bc 2 000 mol ,即磷酸的质量为 98bc 2 000 g ,则磷酸的质量分数为 98bc 2 000a 0.049bc a 。 3(2017全国 ) 重铬酸钾是一种重要的化工原料,一般由铬铁矿制备,铬铁矿的主 要成分为FeO Cr2O3,还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示: 回答下列问题: (1) 步骤的主要反应为: FeO Cr2O3Na2CO3NaNO3 高温 Na2CrO4Fe2O3CO2NaNO2 上述反应配平
7、后FeO Cr2O3与 NaNO3的系数比为 _27_。该步骤不能使用陶瓷容器,原 因是 _陶瓷在高温下会与Na2CO3反应 _。 (2) 滤渣 1中含量最多的金属元素是_Fe_, 滤渣 2的主要成分是_Al(OH)3_及含硅杂质。 (3) 步骤调滤液2 的 pH 使之变 _小_( 填“大”或“小” ) ,原因是 2CrO 2 42H Cr2O 2 7 H2O ( 用离子方程式表示) 。 (4) 有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl,蒸发浓缩,冷却结晶, 过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到 _d_( 填标号 ) 得到的 K2Cr2O7固体产品最多。 a80 b60 c40 d
8、10 步骤的反应类型是_复分解反应 _。 (5) 某工厂用m1kg 铬铁矿粉 ( 含 Cr2O340%)制备 K2Cr2O7, 最终得到产品m2kg, 产率为 190m2 147m1 100%。 解析 (1)1 mol FeO Cr2O3参与反应共失去7 mol 电子,而1 mol NaNO3参与反应得 到 2 mol 电子,根据得失电子守恒,二者的系数比为27。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中 的二氧化硅发生反应,所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2) 步骤中生成的氧化铁因不溶于 水而进入滤渣1,所以滤渣1 中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知,滤渣 2 的主要 成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)
9、 滤液 2 中存在平衡: 2CrO 2 4 2H Cr2O 2 7 H2O ,氢离子 浓度越大 (pH 越小 ) ,越有利于平衡正向移动,所以步骤应调节滤液2 的 pH使之变小。 (4) 根据题图,可知温度越低,K2Cr2O7的溶解度越小,析出的重铬酸钾固体越多,故d 项正确。 步骤中发生的反应为Na2Cr2O72KCl=K2Cr2O7 2NaCl,其属于复分解反应。(5) 该铬铁 矿粉中 Cr2O3的物质的量为 m110 3 g40% 152 gmol 1,根据 Cr 元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0 m110 3 g40% 152 gmol 1,根据Cr 元素守恒可求得K2Cr2
10、O7的理论质量为m0m 110 3 g40% 152 gmol 1294 gmol 1103 kgg 1147m 1 190 kg ,所以产品的产率为 m2 m0100% 190m2 147m1100% 。 R 弱点突破 uo dian tu po ( 课堂 ) 知能补漏 1解题思路: 明确整个流程的原料与目的仔细分析每步发生的反应及得到的产物结合基础理论 与实际问题思考注意答题的模式与要点。 (1) 要粗读试题,尽量弄懂流程图,但不必将每一种物质都推出。 (2) 再精读试题,根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 (3) 要看清所问问题,不能答非所问,并注意语言表达的科学性。 2得分策略 (
11、1) 细心审题是关键,从题干中获得有用信息,了解制备的产品。 (2) 认真分析是核心,整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶 段,知道反应物是什么,发生了什么反应, 该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。 (3) 正确表达是保障。 条理清晰,规范专业术语,准确使用化学语言及符合解答试题。 在回答文字类表述题时,要组织语言,言简意赅,准确定位。 避免丢三落四、遗漏答案、讨论不完整、以偏概全等现象出现。 B 备考验证 i k o y n zh n ( 课后 ) 1(2016北京 ) 以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、 PbO 、PbO2、PbSO4及炭黑等 ) 和 H2SO
12、4 为原料,制备高纯PbO ,实现铅的再生利用。其工作流程如下: (1) 过程中,在Fe 2催化下, Pb 和 PbO 2反应生成PbSO4的化学方程式是 PbPbO2 2H2SO4= Fe 2 2PbSO42H2O 。 (2) 过程中, Fe 2 催化过程可表示为: : 2Fe 2 PbO24H SO2 4=2Fe 3PbSO 42H2O :, 写出的离子方程式: 2Fe 3 PbSO2 4=2Fe 2PbSO 4。 下列实验方案可证实上述催化过程。将实验方案补充完整。 a向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN 溶液, 溶液几乎无色, 再加入少量PbO2,溶液变红。 b_取 a 中红色溶液,向
13、其中加入铅粉后,红色褪去_。 (3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中, 存在平衡: PbO(s)NaOH(aq)NaHPbO2(aq) ,其溶解度 曲线如图所示。 过程的目的是脱硫。滤液经处理后可在过程中重复使用,其目的是 _A、B_(选 填序号 ) 。 A减少 PbO的损失,提高产品的产率 B重复利用NaOH ,提高原料的利用率 C增加 Na2SO4浓度,提高脱硫效率 过程的目的是提纯。结合上述溶解度曲线,简述过程的操作:_向 PbO粗品中加 入一定量的35%NaOH 溶液, 加热至 110,充分溶解后, 趁热过滤, 冷却结晶, 过滤得到PbO 固体 _。 解析 (1) 根据题给化学工艺流程
14、知,过程中,在Fe 2催化下, Pb、PbO 2和 H2SO4 反应生成PbSO4和水,化学方程式为PbPbO22H2SO4= Fe 2 2PbSO42H2O。(2) 催化剂通过 参加反应, 改变反应历程,降低反应的活化能,加快化学反应速率,而本身的质量和化学性 质在反应前后保持不变。根据题给信息知,反应中Fe 2被 PbO 2氧化为Fe 3,则反应中 Fe 3被 Pb 还原为 Fe2,离子方程式为 2Fe 3PbSO2 4=PbSO42Fe 2。 a 实验证明发生 了反应, 则 b 实验须证明发生了反应,实验方案为:取 a 中红色溶液少量,加入过量铅 粉,充分反应后,红色褪去。(3) 过程的
15、目的是除硫,操作过程中会加入过量的NaOH , 通过题给条件可知,部分 PbO溶解在 NaOH 溶液中, 故滤液 1 中会有过量的NaOH 和 PbO溶解 在 NaOH 溶液中产生的NaHPbO 2,重复使用滤液,可减少PbO的损失,提高产率,且NaOH 也得到了重复利用,提高了原料的利用率。过程是从粗产品中得到纯产品,结合溶解度 曲线, 可选用重结晶操作。根据条件可知, 粗品中含有炭黑,需要趁热过滤, 然后冷却结晶, 过滤得到纯产品。 2(2018邯郸一模) 锰的用途非常广泛,在钢铁工业中,锰的用量仅次于铁。以碳酸 锰矿 ( 主要成分为MnCO3,还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质) 为原料生产金
16、属锰的工艺流程如 下: 已知 25 ,部分物质的溶度积常数如下: 物质Mn(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2MnS CoS NiS Ksp2.1 10 13 3.0 10 16 5.0 10 16 1.0 10 11 5.0 10 22 1.0 10 22 (1) 步骤中, MnCO 3与硫酸反应的化学方程式是 MnCO3H2SO4=MnSO4CO2 H2O 。 (2) 步骤中需要加入稍过量的硫酸,其目的有3 点:使矿物中的物质充分反应; 提供第步氧化时所需要的酸性环境;_抑制Mn 2的水解 _。 (3) 步骤中, MnO2在酸性条件下可将Fe 2氧化为 Fe 3,该反应的离子方程式是 M
17、nO2 2Fe 24H=Mn22Fe32H 2O ;加氨水调节溶液的pH为 5.0 6.0 ,以除去Fe 3 。 (4) 步骤中,需要用到的玻璃仪器除玻璃棒、漏斗外,还有 _烧杯 _;滤渣 2 的主要成 分为 _CoS和 NiS_。 (5) 电解后的废水中还含有Mn 2,常用石灰乳进行一级沉降得到 Mn(OH)2沉淀,过滤后 再向滤液中加入适量Na2S,进行二级沉降。欲使溶液中c(Mn 2) 1.0 105 molL 1,则 应保持溶液中c(S 2) _1106_molL1。 解析 (1) 加稀硫酸时MnCO 3和硫酸反应生成可溶性MnSO4,并产生二氧化碳和水,反 应的化学方程式为MnCO
18、3 H2SO4=MnSO4CO2 H2O 。 (2)Mn 2易水解,加入过量硫酸,还能抑制 Mn 2水解。 (3) 步骤中, MnO 2在酸性条件下将Fe 2氧化为 Fe 3,反应的离子方程式是 MnO 2 2Fe 2 4H =Mn 2 2Fe32H 2O 。 (4) 过滤时的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒及漏斗,故还需烧杯;滤渣2 的主要成分是CoS 和 NiS。 (5)MnS 的Kspc(Mn 2) c(S 2 ) 1.0 10 11,为了使 c(Mn 2 ) 1.0 10 5 mol L1,则 c(S 2 ) 1.0 10 11 1.0 10 51.0 10 6(molL 1) ,即 c(S 2
19、) 1.0 106 molL 1。 3(2018全国 27)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答 下列问题: (1)KIO3的化学名称是_碘酸钾 _。 (2) 利用“ KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示: “酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和 KCl。“逐 Cl2”采用的方法是_加热 _。“滤 液”中的溶质主要是_KCl_。“调pH ”中发生反应的化学方程式为 KH(IO3)2KOH=2KIO 3 H2O或(HIO3KOH=KIO3 H2O) 。 (3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。 写出电解时阴极的电极反应式 2H2O 2e =
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- 2018 年高 化学 复习 专题 实验 17 工艺流程
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